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Trastornos por consumo de drogas están aumentando en todo el mundo y pocas personas reciben tratamiento para estas afecciones.1 En particular, el abuso de opioides recetados y el aumento de la popularidad del fentanilo opioide sintético ha provocado una crisis de opioides en América del Norte.2

Para combatir esta epidemia, los Institutos Nacionales de Salud (NIH) lanzaron la Iniciativa Ayudar a acabar con la adicción a largo plazo (HEAL) en 2018. Como parte de este esfuerzo, los científicos del Centro Nacional de los NIH para el Avance de las Ciencias Traslacionales (NCATS), dirigidos por Marc Ferrer y Emily Lee desarrollaron una nueva forma de detectar tratamientos para el trastorno por consumo de opioides (OUD), que describieron en un estudio reciente Biología de las Comunicaciones papel.3 “Estábamos buscando [3D] modelos que podríamos reutilizar para detectar compuestos destinados a esta iniciativa”, dijo Lee. «Nos dimos cuenta rápidamente de que los modelos existentes no eran adaptables para la detección de alto rendimiento».

Para probar rápidamente decenas de miles de compuestos, los investigadores necesitaron medir cientos de pocillos en minutos con un lector de placas. Descubrieron que los organoides cerebrales, que crecen a partir de poblaciones de células madre o progenitoras y se diferencian en grupos complejos que recapitulan la morfología in vivo, eran demasiado heterogéneos y tardaban demasiado en madurar para su uso en sus pantallas de alto rendimiento.

Como alternativa, al equipo de Lee y Ferrer se le ocurrió una forma innovadora de hacer que los esferoides específicos de una región del cerebro fueran adecuados para sus necesidades. Los esferoides son simples grupos de células tridimensionales que maduran en cuestión de semanas. Anteriormente, los investigadores desarrollaron esferoides neuronales de manera similar a como se fabrican los organoides: permitiendo que las células pluripotentes se diferencien dentro de los pocillos, lo que crea poblaciones heterogéneas. En cambio, el equipo de NCATS formó esferoides similares a la corteza prefrontal (PFC) y al área tegmental ventral (VTA) mezclando células neuronales ya diferenciadas en proporciones que imitan la composición in vivo de cada región del cerebro.

“Una de las cosas interesantes y diferentes que hicieron fue agregar un número discreto de células y definir eso [population] desde el principio”, dijo Madeline Andrews, un neurocientífico de la Universidad Estatal de Arizona que no participó en este estudio. «Demuestra un enfoque nuevo e interesante para utilizar poblaciones derivadas de células madre para obtener un tipo de célula un poco más madura más rápido».

Los investigadores confirmaron que sus proporciones iniciales se mantuvieron constantes a medida que los esferoides maduraron. Desarrollaron un ensayo de lector de placas que utilizó un tinte fluorescente para rastrear intracelular oscilaciones de calcioque indican actividad neuronal.4 Para modelar el OUD, el equipo cultivó sus esferoides en placas de 384 pocillos y los expuso a un agonista del receptor opioide durante 10 días, que imitaba la estimulación neuronal provocada por el consumo de drogas. El tratamiento redujo la actividad del calcio en los esferoides similares a PFC, lo que se revirtió con la aplicación de un fármaco utilizado clínicamente para tratar las sobredosis de opioides. En el futuro, podrían exponer sus esferoides a una colección de sustancias químicas denominada biblioteca de compuestos para identificar terapias adicionales para el OUD.

Los modelos esferoides específicos de una región del cerebro también resultaron prometedores para el estudio de enfermedades neurodegenerativas. El equipo de Lee y Ferrer ensamblaron esferoides similares a PFC con neuronas GABAérgicas que contenían un alelo de riesgo de enfermedad de Alzheimer (EA). Estos esferoides exhibieron una actividad de calcio defectuosa, que se revirtió cuando se trataron con compuestos utilizados para mejorar la cognición en pacientes con EA, incluidos los medicamentos clínicamente aprobados Memantina y Donepezilo. «Actualmente estamos trabajando para expandirnos a enfermedades adicionales, analizando cosas como la epilepsia y la esclerosis lateral amiotrófica», dijo Lee.

Los investigadores también planean automatizar los pasos manuales en el proceso de maduración de los esferoides y desarrollar un método de detección de alto rendimiento para probar ensambloides elaborados a partir de sus esferoides, a medida que interactúan las regiones VTA y PFC.

«Creo [this model] «Acelerará el descubrimiento y también la comprensión de lo que estas terapias realmente pueden hacer», dijo Andrews. «Cada vez que podemos acelerar un poco más el cronograma, ayudamos a que la ciencia avance más rápidamente».

Referencias

  1. ONUDD. Informe mundial sobre las drogas 2023. Consultado el 18 de enero de 2024. https://www.unodc.org/unodc/en/data-and-analysis/world-drug-report-2023.html
  2. Cicarone D. El aumento de los fentanilos ilícitos, los estimulantes y la cuarta ola de la crisis de sobredosis de opioides. Psiquiatría de opinión actual. 2021;34(4):344.
  3. CE fuerte, et al. Esferoides neuronales funcionales de regiones cerebrales específicas para modelar enfermedades neurológicas y detección terapéutica. Biol Comunitario. 2023;6(1):1-18.
  4. Ali F, Kwan AC. Interpretación de señales de calcio in vivo de cuerpos celulares neuronales, axones y dendritas: una revisión. Neurofotónica. 2019;7(1):011402.